葉面施用山梨糖醇對缺硼綠豆體內(nèi)硼運輸?shù)挠绊?/h1>
2020-09-02 07:17:29趙瑞芬焦曉燕楊治平
天津農(nóng)業(yè)科學 2020年6期
趙瑞芬 焦曉燕 楊治平
摘 ? ?要：以綠豆為研究對象，利用同位素10B水培盆栽試驗，篩選促進綠豆生長的缺硼濃度，探明缺硼綠豆側芽生長所需硼的來源及葉面供給山梨糖醇和10B對硼在植物體內(nèi)運輸?shù)挠绊憽＝Y果表明：綠豆生長側芽在0.2 μmol·L-1硼水平下生長最好，側芽正常生長需要硼供給，側芽中的硼來源于植物體內(nèi)硼的再利用，而不是生長介質;供給綠豆成熟葉片涂山梨糖醇和10B溶液時，處理的成熟葉片中的山梨糖醇含量和新生葉片10B的豐度明顯增加，山梨糖醇能夠與硼結合促進其在植物體內(nèi)的運輸。
關鍵詞：10B;山梨糖醇;運輸;綠豆
中圖分類號：S522 ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2020.06.003
Abstract： With Phaseolus aureus as test material， the hydroponic pot experiment using isotope 10B was used to filter the concentration of boron deficiency that promoted the auxiliary bud growth of Phaseolus aureus， and the source of boron needed for the auxiliary buds growth of the of boron-deficient Phaseolus aureus and effect of the foliar supply of sorbitol and 10B liquid on boron transport in the plant were studied. The results showed that the growth of Phaseolus aureus auxiliary buds grew best while the boron level was 0.2 μmol ·L-1. The normal growth of auxiliary buds required boron supply. The boron in the auxiliary buds originated from the boron reuse in the plant， not the growth medium; the mature leaves of Phaseolus aureus were coated with sorbitol and 10B solution， the sorbitol content in the treated leaves and the abundance of the new leaves 10B increased significantly， sorbitol can be absorbed by Phaseolus aureus and could be combined with boron to promote its transport in plants.
Key words： 10B; sorbitol; transport; Phaseolus aureus
硼是高等植物生長必需的微量元素，在細胞壁形成過程中起著重要的作用，缺硼主要影響農(nóng)作物籽粒形成和果實產(chǎn)量。在所有的微量元素中，硼缺乏在全世界范圍內(nèi)對作物產(chǎn)量的影響最大[1]，影響缺硼的因素有很多，如干旱、蒸騰、土壤硼水平、作物種類等，而硼在植物體內(nèi)的難運輸和利用率低是也造成植物缺硼的主要原因之一，在缺硼和供硼充足的情況下，95%～98%的硼存在于細胞壁內(nèi)，硼在細胞壁中與果膠的組成成分鼠李糖半乳糖醛酸聚糖（RG Ⅱ） 以1∶2硼-雙羥基結合， 被固定在細胞壁內(nèi)[2]，阻礙了硼在植物體內(nèi)的再運輸和再利用，所以地上部缺硼癥狀首先表現(xiàn)在植物頂端和分生組織[3]。硼的運輸途徑因作物品種的不同而異[4]，對大多數(shù)植物來說，通常認為硼只在木質部運輸，其運輸受蒸騰速率的影響[5];在以含有多元醇碳水化合物（Polyol）為主要光合產(chǎn)物的植物中，硼與這些光合產(chǎn)物結合形成可溶的硼糖化合物，可以在韌皮部中移動而運輸至庫[6]。已有研究表明缺硼誘導豆科植物側芽的生長[3，7-8]，側芽的生長也需要硼的供給[9]，而豆科植物莖節(jié)間既不是蒸騰流的末端，也不是以山梨糖醇為主要光合產(chǎn)物的植物;側芽中的硼來源于生長介質還是其本身體內(nèi)的再利用還未有定論。山梨糖醇是蘋果、梨、桃、櫻桃、李和杏等許多薔薇科植物光合作用的主要最終產(chǎn)物，也是一種滲透調(diào)節(jié)物質，外源供給植物山梨糖醇可以很快主動運輸至韌皮部，并且在韌皮部中很難代謝消耗[10]。研究表明，通過轉基因（山梨糖醇-6-磷酸脫氫酶）能提高煙草中的山梨糖醇生產(chǎn)量也能提高煙草對硼的吸收運輸和抗硼脅迫能力[11];轉山梨糖醇-6-磷酸脫氫酶可促進硼在水稻韌皮部中的運輸[12]。 研究成熟組織中硼的再利用對于提高植物抵抗生長介質短暫缺硼能力具有重要意義[13]，本文采用穩(wěn)定同位素10B示蹤，以綠豆為試材進行水培試驗探討側芽中的硼來源，生長中期葉面施硼同時施山梨糖醇，探明外源山梨糖醇對硼在不以山梨糖醇為主要光合產(chǎn)物的植物體內(nèi)運輸?shù)挠绊懀芯拷Y果對緩解植物在受到土壤低硼脅迫以及干旱、低蒸騰和植物快速生長期及敏感期對硼的需要，提高葉面施硼效果，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。
1 材料和方法
1.1 試驗材料
試驗于2007年在山西省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所培養(yǎng)室中進行。供試植物為綠豆，品種為‘晉引2號， 其中B由H3BO3的形式供給，根據(jù)試驗目的確定不同的B濃度。Rorsion營養(yǎng)液[14] pH值為6.5。其中含：2 mmol·L-1 Ca（NO3）·4H2O、1 mmol·L-1 MgSO4·H2O、1 mmol·L-1 K2HPO4、68 μmol·L-1 NaFeEDTA·3H2O、9 μmol·L-1 MnSO4·4H2O、0.15 μmol·L-1（NH4）6Mo7O24·4H2O、1.5 μmol·L-1 ZnSO4·7H2O、1.5 μmol·L-1 CuSO4·5H2O。試驗全過程用水為超純水，配置營養(yǎng)液的藥品均為優(yōu)級純以防硼污染。為了防止硼污染，所有器皿均用稀酸充分清洗后再用蒸餾水沖洗干凈。
1.2 試驗設計
1.2.1 硼對綠豆植株生長的影響 選取綠豆種子，用5%雙氧水（H2O2）對綠豆種子進行表面消毒，然后在蛭石中用二次蒸餾水培養(yǎng)待生長到剛好露出真葉（約4-5 d）時，挑選生長一致、健壯的幼苗移栽到規(guī)格為直徑×高（13 cm×13 cm）裝有不同硼濃度Rorsion營養(yǎng)液的桶中進行培養(yǎng)，每隔3天換1次溶液，培養(yǎng)過程中要對桶進行遮光處理。培養(yǎng)條件為光照時間16 h，白天溫度25 ℃，晚上18 ℃，PAR為300 μmol·m-2·s-1，光源為金屬鹵化物燈。各個處理在生長室的平臺上隨機排列，同時定期更換位置以保證受光均勻，1桶為1次重復，每桶種植3株。試驗設0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，50 μmol·L-16個硼水平，每個處理5次重復。移栽30 d 后調(diào)查植株地上部和根系干質量、株高、主根系長度、側芽數(shù)、側芽生物量。
1.2.2 用10B示蹤研究側芽中硼的來源 同1.2.1，挑選生長一致、健壯的綠豆幼苗移栽到硼濃度為0.2、50 μmol·L-1的營養(yǎng)液中培養(yǎng)，每個處理10個重復，移栽28 d當側芽萌動時，將2個處理培養(yǎng)液中的普通H3BO3置換成含10B豐度大于97% 的H3BO3，同時將50 μmol·L-1溶液中生長的植株人為去掉頂端優(yōu)勢，以促進側芽生長;共生長50 d后收獲側芽及頂葉，測定頂葉與側芽中的10B豐度與全B濃度，并計算植株中的10B濃度。
1.2.3 山梨糖醇對缺硼植株生長的影響及植物對山梨糖醇的吸收 同1.2.1，選用硼濃度為0.2 μmol·L-1，
20個重復，移栽15 d左右即當?shù)谝粋€三復葉長大，第二個三復葉剛露出尖時給綠豆植株第一三復葉均勻涂15 mmol·L-1山梨糖醇和0.1%（v/v）吐溫-20（表面活性劑）的混合液，每株涂2.5 ml，對照試驗用二次蒸餾水代替山梨糖醇，各處理10個重復。每天涂1次，共涂7 d。涂完后的第二天收獲植物新鮮樣，測定葉片中山梨糖醇含量。
1.2.4 山梨糖醇對缺硼植株中10B運輸?shù)挠绊?同1.2.3，選用硼濃度為0.2 μmol·L-1，移栽22 d左右即當?shù)谝粋€三復葉長大，第二個三復葉展開，第三個三復葉剛露出尖時，給綠豆植株第一、二個三復葉上涂0.1%（v/v）吐溫-20、15 mmol·L-1山梨糖醇和10 mmol·L-1 10B混合液，每株2.5 mL，對照試驗用二次蒸餾水代替山梨糖醇，每個處理10個重復。每隔1天涂1次，共涂7次。涂時注意不要污染相鄰植株葉片、莖以及培養(yǎng)液，最后一次涂完后的第二天收獲綠豆新生的第三復葉及所有新生的葉片，測定新葉中全B濃度與10B豐度，并計算外源10B濃度。
1.3 測定項目及方法
綠豆側芽及葉片干樣經(jīng)硝酸、磷酸、鹽酸和氫氟酸消煮，參照李曉峰等[15]用電感耦合等離子質譜（ICP-MS）測量全B的濃度和10B豐度;參照黃文風和宋鐵英[16]的方法并略作修改，其中色譜柱子選用SE-30 10%silicon填充柱，柱溫200 ℃，進樣口溫度為250 ℃，檢測器溫度250 ℃，載氣流量50 mL·min-1，測定新鮮葉片中山梨糖醇的濃度，并計算干葉片中山梨糖醇含量。其中，10B天然豐度及正常B溶液中綠豆植株中10B為19.39%，植物樣品中10B濃度=全B濃度×10B豐度，外源10B濃度=（植物樣品中10B豐度-19.39%）×植物樣品中10B濃度。
1.4 數(shù)據(jù)處理
采用SPSS15和 Excel進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，并用Duncan新復極差法進行多重比較。
2 結果與分析
2.1 不同硼水平對綠豆生長發(fā)育的影響
從綠豆植株形態(tài)來看，供硼0.1 μmol·L-1的植株在移栽后的第8 天 首先表現(xiàn)出缺硼。根尖膨大呈淡褐色，主根短，根系呈叢枝狀。移栽15 d 左右，0.1，0.2和0.3 μmol·L-1處理植株開始從子葉、第一復葉的葉腋處生長側芽，植株根系開始木質化，顏色偏淡褐色，0.4，0.5和50 μmol·L-1硼處理則不生長側芽。收獲時，0.1～0.5 μmol·L-1硼處理植株葉片表現(xiàn)不同程度的缺硼癥狀，主根生長受抑制，葉片變厚，葉色暗綠，節(jié)間變短，失去頂端優(yōu)勢，整個植株呈叢枝狀;而供硼50 μmol·L-1 的處理植株根系雪白，無缺硼癥狀，長勢最佳。
從綠豆植株生長特性來看（表1），供硼0.1 μmol·L-1處理與0.2 μmol·L-1處理間、0.3 μmol·L-1處理與0.4 μmol·L-1處理間株高、生物量、主根長之間無顯著性差異;供硼0.5 μmol·L-1處理與50 μmol·L-1處理間株高、主根長、根冠比之間無顯著性差異。供硼50 μmol·L-1時干物質積累最高，顯著高于其他處理，其地上部和根系的干物質量分別是供硼0.1 μmol·L-1處理的1.3倍和1.5倍，0.1、0.2、0.3硼水平處理植株地上部干物質的量處理間差異不顯著，0.4、0.5硼水平處理植株地上部干物質的量處理間差異不顯著;供硼0.5 μmol·L-1和50 μmol·L-1的處理的植株主根長分別達（34.4±0.79） cm和（36.4±2.11） cm，是供硼0.1 μmol·L-1處理的1.4倍，供硼50 μmol·L-1的處理的植株根干重顯著高于其他5個硼水平處理，提高硼的濃度明顯促進干物質的積累，根冠比隨之增加，說明硼的供給有利于干物質在根的分配，缺硼對地上部和根部的生長都產(chǎn)生抑制作用，但對根部的影響更大。
從側芽生長來看（表2），當移栽15 d左右，0.1，0.2，0.3 μmol·L-1處理植株開始從子葉、第一復葉的葉腋處生長側芽，供硼0.2 μmol·L-1處理生長側芽（>1 cm）率最高（58.3%）。供硼0.1 μmol·L-1時，每12株綠豆中有6株生長側芽，側芽集中生長在子葉、第一復葉的葉腋處，側芽長度集中在3.5～8.0 cm
之間;供硼0.2 μmol·L-1處理，12株中有7株生長側芽，側芽數(shù)最多，側芽長度集中在3.0～12.0 cm之間，側芽生長量變異大;供硼0.3 μmol·L-1時，12株中只有2株生長側芽;0.4，0.5和50 μmol·L-1硼處理在子葉出生長側芽，但側芽生長量小，長度小于1 cm，說明當培養(yǎng)液硼水平大于0.4 μmol·L-1不能誘導側芽生長，硼水平提高有助于植株維持其頂端優(yōu)勢。因此，從本試驗中可以認為 0.2 μmol·L-1為誘導側芽生長和維持側芽生長的最佳硼濃度。
2.2 側芽中硼的來源
缺硼（0.2 μmol·L-1）情況下，綠豆生長一段時間，莖生長受到抑制，葉片變脆變厚，葉色變暗;根停止生長，根尖變褐色并壞死，頂端生長受到限制，莖節(jié)處開始生長側芽。在側芽萌動時轉入含相同濃度的10B（豐度>97%）營養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)，莖節(jié)間側芽繼續(xù)生長。生長一段時間測定側芽和頂葉中的全B和10B含量，可以看出（表2）：側芽中B的濃度與頂葉相比，沒有顯著變化，分別為（91.43±4.14）mg·kg-1和（105.67±8.08） mg·kg-1，說明側芽的生長需要硼的補給;側芽中10B的濃度、外源10B濃度與頂葉相比差異不顯著，側芽和頂葉中10B的豐度接近正常B溶液生長的綠豆葉片中10B的豐度19.39%，表明在綠豆后期生長的側芽所需的硼來源于植物體內(nèi)硼的再利用，而不是生長介質。
正常供硼50 μmol·L-1情況下，給植株去頂，莖節(jié)處生長側芽，并且生長量很大，側芽中B的濃度與頂葉相比，差異顯著，頂葉中B的濃度約為側芽的2倍，這也說明在供硼充足的情況下，硼在木質部中運輸并且向蒸騰最旺盛的地方運輸;側芽中10B 的濃度與頂葉相比，差異顯著，側芽中10B的豐度高于頂葉約9.34%，側芽和頂葉從含10B的介質中吸收的10B占生長所需硼總量的50%左右（表2）。正常供硼情況下去頂生長的側芽中的10B豐度顯著高于缺硼條件下生長的側芽，和缺硼情況完全不同，硼在木質部中運輸至側芽供其維持生長，這可能是由激素調(diào)控的頂端優(yōu)勢和缺硼導致的頂端優(yōu)勢喪失的機理不同造成的。
2.3 山梨糖醇對缺硼植株生長的影響及植物對山梨糖醇的吸收
當綠豆植株開始萌動側芽時，給缺硼植株成熟葉片（第一三復葉）涂山梨糖醇，收獲時從表觀及調(diào)查的株高、葉面積、側芽生長情況來看，沒有顯著變化（結果未給出），測定處理葉片中山梨糖醇含量可以看出（表3），無論是否涂山梨糖醇，葉片中都可以檢測到山梨糖醇，但是給植株葉片涂山梨糖醇，顯著提高葉片中山梨糖醇的含量，濃度為311.2 mg·kg-1，每千克干重含山梨糖醇1 242.7 mg，約為對照的2倍，說明植株能夠很快吸收山梨糖醇并且不會短時間內(nèi)完成代謝。這可能有2方面原因：一方面，植株缺硼嚴重，植株代謝受抑制嚴重，山梨糖醇和硼的化合物運輸受到限制，硼不能運輸補給植物生長需要;另一方面，山梨糖醇存在于韌皮部中可以與硼結合，但其運輸量不能完全滿足植株正常生長。
2.4 山梨糖醇對缺硼植株中10B運輸?shù)挠绊?/p>
與對照相比（表4），給綠豆植株成熟葉片涂10B同時涂山梨糖醇和表面活性劑吐溫-20的混合液，綠豆新葉中的硼濃度提高將近3倍，10B的豐度增加49.66%，葉片中外源10B濃度為23.05 mg·kg-1，外源10B占總10B濃度的65.68%，這說明外源供給植物山梨糖醇，其可以在植物體內(nèi)與硼結合，從老葉經(jīng)韌皮部運輸?shù)轿刺幚磉^的新生葉片。
3 結論與討論
硼在植物木質部中的運輸不僅與蒸騰作用有關，與作物品種和生長介質中硼水平也有關，Liu等[17]認為，在低硼環(huán)境中植物可以再利用體內(nèi)部分硼，給柑橘下部老葉涂抹10B，在上部老葉片及新葉中可以檢測到10B，這說明硼可以直接或間接從木質部運輸?shù)巾g皮部。本研究表明，缺硼導致綠豆植株生長側芽，維持側芽生長需要硼的供給，用10B跟蹤側芽的硼的來源表明（表3），側芽中10B的豐度與對照中10B接近，說明供側芽生長所需的硼不是來源于介質，而是來源于韌皮部硼的再運輸和再利用。
當植物開花期受到干旱、寒冷、高濕脅迫時生殖生長常常受到影響，從營養(yǎng)角度來講，這可能與土壤短暫缺硼不能及時供給生長組織需要有關，而在這些植物體中，硼不易移動，存在于成熟葉片中的硼也不能供給生殖生長，土壤施硼也不能達到即刻效果，因此解決植物體內(nèi)硼的再運輸，促進硼在韌皮部運輸是硼肥葉面施用的關鍵。給含多元糖醇化合物的植物葉片施硼，新生組織中硼的吸收增加，硼可以在植物體內(nèi)移動，并且在韌皮部運輸供新生組織生長，給含多元醇（山梨糖醇、甘露醇，半乳糖醇等）植物如李樹、蘋果和梨樹葉面施硼，可以矯正缺硼癥狀，葉片中的硼可以供給花、果實利用[18]，給轉基因（山梨糖醇-6-磷酸脫氫酶）植物葉片供硼[8]，效果相同;而給大豆葉片同時供山梨糖醇和10B，山梨糖醇能顯著促進葉片對10B的吸收，但對10B在植物體內(nèi)的分配影響不明顯[19]，本研究則表明給綠豆成熟葉片涂山梨糖醇，葉片可以吸收山梨糖醇，并且不會在植株體內(nèi)快速完成代謝，同時供應10B和山梨糖醇，新生葉片中的10B豐度明顯增加，即植物體內(nèi)的硼可以重新運輸?shù)叫律M織，進一步說明，山梨糖醇可以促進葉片對硼的吸收，而葉片中硼含量顯著增加，與前人結果不同，這可能與供試作物品種和山梨糖醇的濃度有關。外源山梨糖醇對水稻抗鹽脅迫具有一定的緩解能力[19]，而硼可以提高植物抵抗鹽毒、鋁毒[20]脅迫的能力，如果在這些作物需硼關鍵期，給植物噴施山梨糖醇和硼，那么植物能夠有效地克服硼缺乏，預防減產(chǎn)，這將對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作具有重大意義。
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摘 ? ?要：以綠豆為研究對象，利用同位素10B水培盆栽試驗，篩選促進綠豆生長的缺硼濃度，探明缺硼綠豆側芽生長所需硼的來源及葉面供給山梨糖醇和10B對硼在植物體內(nèi)運輸?shù)挠绊憽＝Y果表明：綠豆生長側芽在0.2 μmol·L-1硼水平下生長最好，側芽正常生長需要硼供給，側芽中的硼來源于植物體內(nèi)硼的再利用，而不是生長介質;供給綠豆成熟葉片涂山梨糖醇和10B溶液時，處理的成熟葉片中的山梨糖醇含量和新生葉片10B的豐度明顯增加，山梨糖醇能夠與硼結合促進其在植物體內(nèi)的運輸。
關鍵詞：10B;山梨糖醇;運輸;綠豆
中圖分類號：S522 ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2020.06.003
Abstract： With Phaseolus aureus as test material， the hydroponic pot experiment using isotope 10B was used to filter the concentration of boron deficiency that promoted the auxiliary bud growth of Phaseolus aureus， and the source of boron needed for the auxiliary buds growth of the of boron-deficient Phaseolus aureus and effect of the foliar supply of sorbitol and 10B liquid on boron transport in the plant were studied. The results showed that the growth of Phaseolus aureus auxiliary buds grew best while the boron level was 0.2 μmol ·L-1. The normal growth of auxiliary buds required boron supply. The boron in the auxiliary buds originated from the boron reuse in the plant， not the growth medium; the mature leaves of Phaseolus aureus were coated with sorbitol and 10B solution， the sorbitol content in the treated leaves and the abundance of the new leaves 10B increased significantly， sorbitol can be absorbed by Phaseolus aureus and could be combined with boron to promote its transport in plants.
Key words： 10B; sorbitol; transport; Phaseolus aureus
硼是高等植物生長必需的微量元素，在細胞壁形成過程中起著重要的作用，缺硼主要影響農(nóng)作物籽粒形成和果實產(chǎn)量。在所有的微量元素中，硼缺乏在全世界范圍內(nèi)對作物產(chǎn)量的影響最大[1]，影響缺硼的因素有很多，如干旱、蒸騰、土壤硼水平、作物種類等，而硼在植物體內(nèi)的難運輸和利用率低是也造成植物缺硼的主要原因之一，在缺硼和供硼充足的情況下，95%～98%的硼存在于細胞壁內(nèi)，硼在細胞壁中與果膠的組成成分鼠李糖半乳糖醛酸聚糖（RG Ⅱ） 以1∶2硼-雙羥基結合， 被固定在細胞壁內(nèi)[2]，阻礙了硼在植物體內(nèi)的再運輸和再利用，所以地上部缺硼癥狀首先表現(xiàn)在植物頂端和分生組織[3]。硼的運輸途徑因作物品種的不同而異[4]，對大多數(shù)植物來說，通常認為硼只在木質部運輸，其運輸受蒸騰速率的影響[5];在以含有多元醇碳水化合物（Polyol）為主要光合產(chǎn)物的植物中，硼與這些光合產(chǎn)物結合形成可溶的硼糖化合物，可以在韌皮部中移動而運輸至庫[6]。已有研究表明缺硼誘導豆科植物側芽的生長[3，7-8]，側芽的生長也需要硼的供給[9]，而豆科植物莖節(jié)間既不是蒸騰流的末端，也不是以山梨糖醇為主要光合產(chǎn)物的植物;側芽中的硼來源于生長介質還是其本身體內(nèi)的再利用還未有定論。山梨糖醇是蘋果、梨、桃、櫻桃、李和杏等許多薔薇科植物光合作用的主要最終產(chǎn)物，也是一種滲透調(diào)節(jié)物質，外源供給植物山梨糖醇可以很快主動運輸至韌皮部，并且在韌皮部中很難代謝消耗[10]。研究表明，通過轉基因（山梨糖醇-6-磷酸脫氫酶）能提高煙草中的山梨糖醇生產(chǎn)量也能提高煙草對硼的吸收運輸和抗硼脅迫能力[11];轉山梨糖醇-6-磷酸脫氫酶可促進硼在水稻韌皮部中的運輸[12]。 研究成熟組織中硼的再利用對于提高植物抵抗生長介質短暫缺硼能力具有重要意義[13]，本文采用穩(wěn)定同位素10B示蹤，以綠豆為試材進行水培試驗探討側芽中的硼來源，生長中期葉面施硼同時施山梨糖醇，探明外源山梨糖醇對硼在不以山梨糖醇為主要光合產(chǎn)物的植物體內(nèi)運輸?shù)挠绊懀芯拷Y果對緩解植物在受到土壤低硼脅迫以及干旱、低蒸騰和植物快速生長期及敏感期對硼的需要，提高葉面施硼效果，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。
1 材料和方法
1.1 試驗材料
試驗于2007年在山西省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所培養(yǎng)室中進行。供試植物為綠豆，品種為‘晉引2號， 其中B由H3BO3的形式供給，根據(jù)試驗目的確定不同的B濃度。Rorsion營養(yǎng)液[14] pH值為6.5。其中含：2 mmol·L-1 Ca（NO3）·4H2O、1 mmol·L-1 MgSO4·H2O、1 mmol·L-1 K2HPO4、68 μmol·L-1 NaFeEDTA·3H2O、9 μmol·L-1 MnSO4·4H2O、0.15 μmol·L-1（NH4）6Mo7O24·4H2O、1.5 μmol·L-1 ZnSO4·7H2O、1.5 μmol·L-1 CuSO4·5H2O。試驗全過程用水為超純水，配置營養(yǎng)液的藥品均為優(yōu)級純以防硼污染。為了防止硼污染，所有器皿均用稀酸充分清洗后再用蒸餾水沖洗干凈。
1.2 試驗設計
1.2.1 硼對綠豆植株生長的影響 選取綠豆種子，用5%雙氧水（H2O2）對綠豆種子進行表面消毒，然后在蛭石中用二次蒸餾水培養(yǎng)待生長到剛好露出真葉（約4-5 d）時，挑選生長一致、健壯的幼苗移栽到規(guī)格為直徑×高（13 cm×13 cm）裝有不同硼濃度Rorsion營養(yǎng)液的桶中進行培養(yǎng)，每隔3天換1次溶液，培養(yǎng)過程中要對桶進行遮光處理。培養(yǎng)條件為光照時間16 h，白天溫度25 ℃，晚上18 ℃，PAR為300 μmol·m-2·s-1，光源為金屬鹵化物燈。各個處理在生長室的平臺上隨機排列，同時定期更換位置以保證受光均勻，1桶為1次重復，每桶種植3株。試驗設0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，50 μmol·L-16個硼水平，每個處理5次重復。移栽30 d 后調(diào)查植株地上部和根系干質量、株高、主根系長度、側芽數(shù)、側芽生物量。
1.2.2 用10B示蹤研究側芽中硼的來源 同1.2.1，挑選生長一致、健壯的綠豆幼苗移栽到硼濃度為0.2、50 μmol·L-1的營養(yǎng)液中培養(yǎng)，每個處理10個重復，移栽28 d當側芽萌動時，將2個處理培養(yǎng)液中的普通H3BO3置換成含10B豐度大于97% 的H3BO3，同時將50 μmol·L-1溶液中生長的植株人為去掉頂端優(yōu)勢，以促進側芽生長;共生長50 d后收獲側芽及頂葉，測定頂葉與側芽中的10B豐度與全B濃度，并計算植株中的10B濃度。
1.2.3 山梨糖醇對缺硼植株生長的影響及植物對山梨糖醇的吸收 同1.2.1，選用硼濃度為0.2 μmol·L-1，
20個重復，移栽15 d左右即當?shù)谝粋€三復葉長大，第二個三復葉剛露出尖時給綠豆植株第一三復葉均勻涂15 mmol·L-1山梨糖醇和0.1%（v/v）吐溫-20（表面活性劑）的混合液，每株涂2.5 ml，對照試驗用二次蒸餾水代替山梨糖醇，各處理10個重復。每天涂1次，共涂7 d。涂完后的第二天收獲植物新鮮樣，測定葉片中山梨糖醇含量。
1.2.4 山梨糖醇對缺硼植株中10B運輸?shù)挠绊?同1.2.3，選用硼濃度為0.2 μmol·L-1，移栽22 d左右即當?shù)谝粋€三復葉長大，第二個三復葉展開，第三個三復葉剛露出尖時，給綠豆植株第一、二個三復葉上涂0.1%（v/v）吐溫-20、15 mmol·L-1山梨糖醇和10 mmol·L-1 10B混合液，每株2.5 mL，對照試驗用二次蒸餾水代替山梨糖醇，每個處理10個重復。每隔1天涂1次，共涂7次。涂時注意不要污染相鄰植株葉片、莖以及培養(yǎng)液，最后一次涂完后的第二天收獲綠豆新生的第三復葉及所有新生的葉片，測定新葉中全B濃度與10B豐度，并計算外源10B濃度。
1.3 測定項目及方法
綠豆側芽及葉片干樣經(jīng)硝酸、磷酸、鹽酸和氫氟酸消煮，參照李曉峰等[15]用電感耦合等離子質譜（ICP-MS）測量全B的濃度和10B豐度;參照黃文風和宋鐵英[16]的方法并略作修改，其中色譜柱子選用SE-30 10%silicon填充柱，柱溫200 ℃，進樣口溫度為250 ℃，檢測器溫度250 ℃，載氣流量50 mL·min-1，測定新鮮葉片中山梨糖醇的濃度，并計算干葉片中山梨糖醇含量。其中，10B天然豐度及正常B溶液中綠豆植株中10B為19.39%，植物樣品中10B濃度=全B濃度×10B豐度，外源10B濃度=（植物樣品中10B豐度-19.39%）×植物樣品中10B濃度。
1.4 數(shù)據(jù)處理
采用SPSS15和 Excel進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，并用Duncan新復極差法進行多重比較。
2 結果與分析
2.1 不同硼水平對綠豆生長發(fā)育的影響
從綠豆植株形態(tài)來看，供硼0.1 μmol·L-1的植株在移栽后的第8 天 首先表現(xiàn)出缺硼。根尖膨大呈淡褐色，主根短，根系呈叢枝狀。移栽15 d 左右，0.1，0.2和0.3 μmol·L-1處理植株開始從子葉、第一復葉的葉腋處生長側芽，植株根系開始木質化，顏色偏淡褐色，0.4，0.5和50 μmol·L-1硼處理則不生長側芽。收獲時，0.1～0.5 μmol·L-1硼處理植株葉片表現(xiàn)不同程度的缺硼癥狀，主根生長受抑制，葉片變厚，葉色暗綠，節(jié)間變短，失去頂端優(yōu)勢，整個植株呈叢枝狀;而供硼50 μmol·L-1 的處理植株根系雪白，無缺硼癥狀，長勢最佳。
從綠豆植株生長特性來看（表1），供硼0.1 μmol·L-1處理與0.2 μmol·L-1處理間、0.3 μmol·L-1處理與0.4 μmol·L-1處理間株高、生物量、主根長之間無顯著性差異;供硼0.5 μmol·L-1處理與50 μmol·L-1處理間株高、主根長、根冠比之間無顯著性差異。供硼50 μmol·L-1時干物質積累最高，顯著高于其他處理，其地上部和根系的干物質量分別是供硼0.1 μmol·L-1處理的1.3倍和1.5倍，0.1、0.2、0.3硼水平處理植株地上部干物質的量處理間差異不顯著，0.4、0.5硼水平處理植株地上部干物質的量處理間差異不顯著;供硼0.5 μmol·L-1和50 μmol·L-1的處理的植株主根長分別達（34.4±0.79） cm和（36.4±2.11） cm，是供硼0.1 μmol·L-1處理的1.4倍，供硼50 μmol·L-1的處理的植株根干重顯著高于其他5個硼水平處理，提高硼的濃度明顯促進干物質的積累，根冠比隨之增加，說明硼的供給有利于干物質在根的分配，缺硼對地上部和根部的生長都產(chǎn)生抑制作用，但對根部的影響更大。
從側芽生長來看（表2），當移栽15 d左右，0.1，0.2，0.3 μmol·L-1處理植株開始從子葉、第一復葉的葉腋處生長側芽，供硼0.2 μmol·L-1處理生長側芽（>1 cm）率最高（58.3%）。供硼0.1 μmol·L-1時，每12株綠豆中有6株生長側芽，側芽集中生長在子葉、第一復葉的葉腋處，側芽長度集中在3.5～8.0 cm
之間;供硼0.2 μmol·L-1處理，12株中有7株生長側芽，側芽數(shù)最多，側芽長度集中在3.0～12.0 cm之間，側芽生長量變異大;供硼0.3 μmol·L-1時，12株中只有2株生長側芽;0.4，0.5和50 μmol·L-1硼處理在子葉出生長側芽，但側芽生長量小，長度小于1 cm，說明當培養(yǎng)液硼水平大于0.4 μmol·L-1不能誘導側芽生長，硼水平提高有助于植株維持其頂端優(yōu)勢。因此，從本試驗中可以認為 0.2 μmol·L-1為誘導側芽生長和維持側芽生長的最佳硼濃度。
2.2 側芽中硼的來源
缺硼（0.2 μmol·L-1）情況下，綠豆生長一段時間，莖生長受到抑制，葉片變脆變厚，葉色變暗;根停止生長，根尖變褐色并壞死，頂端生長受到限制，莖節(jié)處開始生長側芽。在側芽萌動時轉入含相同濃度的10B（豐度>97%）營養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)，莖節(jié)間側芽繼續(xù)生長。生長一段時間測定側芽和頂葉中的全B和10B含量，可以看出（表2）：側芽中B的濃度與頂葉相比，沒有顯著變化，分別為（91.43±4.14）mg·kg-1和（105.67±8.08） mg·kg-1，說明側芽的生長需要硼的補給;側芽中10B的濃度、外源10B濃度與頂葉相比差異不顯著，側芽和頂葉中10B的豐度接近正常B溶液生長的綠豆葉片中10B的豐度19.39%，表明在綠豆后期生長的側芽所需的硼來源于植物體內(nèi)硼的再利用，而不是生長介質。
正常供硼50 μmol·L-1情況下，給植株去頂，莖節(jié)處生長側芽，并且生長量很大，側芽中B的濃度與頂葉相比，差異顯著，頂葉中B的濃度約為側芽的2倍，這也說明在供硼充足的情況下，硼在木質部中運輸并且向蒸騰最旺盛的地方運輸;側芽中10B 的濃度與頂葉相比，差異顯著，側芽中10B的豐度高于頂葉約9.34%，側芽和頂葉從含10B的介質中吸收的10B占生長所需硼總量的50%左右（表2）。正常供硼情況下去頂生長的側芽中的10B豐度顯著高于缺硼條件下生長的側芽，和缺硼情況完全不同，硼在木質部中運輸至側芽供其維持生長，這可能是由激素調(diào)控的頂端優(yōu)勢和缺硼導致的頂端優(yōu)勢喪失的機理不同造成的。
2.3 山梨糖醇對缺硼植株生長的影響及植物對山梨糖醇的吸收
當綠豆植株開始萌動側芽時，給缺硼植株成熟葉片（第一三復葉）涂山梨糖醇，收獲時從表觀及調(diào)查的株高、葉面積、側芽生長情況來看，沒有顯著變化（結果未給出），測定處理葉片中山梨糖醇含量可以看出（表3），無論是否涂山梨糖醇，葉片中都可以檢測到山梨糖醇，但是給植株葉片涂山梨糖醇，顯著提高葉片中山梨糖醇的含量，濃度為311.2 mg·kg-1，每千克干重含山梨糖醇1 242.7 mg，約為對照的2倍，說明植株能夠很快吸收山梨糖醇并且不會短時間內(nèi)完成代謝。這可能有2方面原因：一方面，植株缺硼嚴重，植株代謝受抑制嚴重，山梨糖醇和硼的化合物運輸受到限制，硼不能運輸補給植物生長需要;另一方面，山梨糖醇存在于韌皮部中可以與硼結合，但其運輸量不能完全滿足植株正常生長。
2.4 山梨糖醇對缺硼植株中10B運輸?shù)挠绊?/p>
與對照相比（表4），給綠豆植株成熟葉片涂10B同時涂山梨糖醇和表面活性劑吐溫-20的混合液，綠豆新葉中的硼濃度提高將近3倍，10B的豐度增加49.66%，葉片中外源10B濃度為23.05 mg·kg-1，外源10B占總10B濃度的65.68%，這說明外源供給植物山梨糖醇，其可以在植物體內(nèi)與硼結合，從老葉經(jīng)韌皮部運輸?shù)轿刺幚磉^的新生葉片。
3 結論與討論
硼在植物木質部中的運輸不僅與蒸騰作用有關，與作物品種和生長介質中硼水平也有關，Liu等[17]認為，在低硼環(huán)境中植物可以再利用體內(nèi)部分硼，給柑橘下部老葉涂抹10B，在上部老葉片及新葉中可以檢測到10B，這說明硼可以直接或間接從木質部運輸?shù)巾g皮部。本研究表明，缺硼導致綠豆植株生長側芽，維持側芽生長需要硼的供給，用10B跟蹤側芽的硼的來源表明（表3），側芽中10B的豐度與對照中10B接近，說明供側芽生長所需的硼不是來源于介質，而是來源于韌皮部硼的再運輸和再利用。
當植物開花期受到干旱、寒冷、高濕脅迫時生殖生長常常受到影響，從營養(yǎng)角度來講，這可能與土壤短暫缺硼不能及時供給生長組織需要有關，而在這些植物體中，硼不易移動，存在于成熟葉片中的硼也不能供給生殖生長，土壤施硼也不能達到即刻效果，因此解決植物體內(nèi)硼的再運輸，促進硼在韌皮部運輸是硼肥葉面施用的關鍵。給含多元糖醇化合物的植物葉片施硼，新生組織中硼的吸收增加，硼可以在植物體內(nèi)移動，并且在韌皮部運輸供新生組織生長，給含多元醇（山梨糖醇、甘露醇，半乳糖醇等）植物如李樹、蘋果和梨樹葉面施硼，可以矯正缺硼癥狀，葉片中的硼可以供給花、果實利用[18]，給轉基因（山梨糖醇-6-磷酸脫氫酶）植物葉片供硼[8]，效果相同;而給大豆葉片同時供山梨糖醇和10B，山梨糖醇能顯著促進葉片對10B的吸收，但對10B在植物體內(nèi)的分配影響不明顯[19]，本研究則表明給綠豆成熟葉片涂山梨糖醇，葉片可以吸收山梨糖醇，并且不會在植株體內(nèi)快速完成代謝，同時供應10B和山梨糖醇，新生葉片中的10B豐度明顯增加，即植物體內(nèi)的硼可以重新運輸?shù)叫律M織，進一步說明，山梨糖醇可以促進葉片對硼的吸收，而葉片中硼含量顯著增加，與前人結果不同，這可能與供試作物品種和山梨糖醇的濃度有關。外源山梨糖醇對水稻抗鹽脅迫具有一定的緩解能力[19]，而硼可以提高植物抵抗鹽毒、鋁毒[20]脅迫的能力，如果在這些作物需硼關鍵期，給植物噴施山梨糖醇和硼，那么植物能夠有效地克服硼缺乏，預防減產(chǎn)，這將對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作具有重大意義。
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